Question

【題目】“溫室效應”是全球關注的環境問題之一。CO2是目前大氣中含量最高的一種溫室氣體，CO2的綜合利用是解決溫室及能源問題的有效途徑。

（1）研究表明CO2和H2在催化劑存在下可發生反應生成CH3OH。己知部分反應的熱化學方程式如下：

CH3OH(g)+O2(g) = CO2(g)+2H2O(1) △H1=akJmol-1

H2(g)+O2(g) = H2O(1) △H2=bkJmol-1

H2O(g) = H2O(l) △H3=ckJmol-1

則 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) △H=__________kJmol-1

（2）CO2催化加氫也能合成低碳烯烴： 2CO2(g)+6H2(g)C2H4(g)+4 H2O (g)，不同溫度下平衡時的四種氣態物質的物質的量如圖1所示，曲線b表示的物質為_______________ （寫化學式）。

（3）CO2和H2在催化劑Cu/ZnO作用下可發生兩個平行反應，分別生成CH3OH和CO。

反應 A：CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g)

反應B：CO2(g)+ H2(g)CO(g)+H2O(g)

控制CO2和H2初始投料比為1∶3時，溫度對CO2平衡轉化率及甲醇和CO產率的影響如圖2所示。

① 由圖2可知溫度升高CO的產率上升，其主要原因可能是__________________。

② 由圖2可知獲取CH3OH最適宜的溫度是________________，下列措施有利于提高CO2轉化為CH3OH的平衡轉化率的措施有__________________。

A.使用催化劑 B.增大體系壓強

C.增大CO2和H2的初始投料比 D.投料比不變和容器體積不變，增加反應物的濃度

（4）在催化劑表面通過施加電壓可將溶解在水中的二氧化碳直接轉化為乙醇，則生成乙醇的電極反應式為______________________________________________________。

（5）由CO2制取C的太陽能工藝如圖3所示。“熱分解系統”發生的反應為：2Fe3O46FeO+O2↑，每分解1mol Fe3O4轉移電子的物質的量為_____________；“重整系統”發生反應的化學方程式為_____________________________________________。

Answer 1

【答案】 3b-a-c H2O 反應B正反應是吸熱反應，溫度升高平衡正向移動，CO產率升高 250℃ BD 2CO2 + 12H++12e-=C2H5OH+3H2O 2 mol 6FeO+CO22Fe3O4+C

【解析】(1)已知：①CH3OH(g)+O2(g) = CO2(g)+2H2O(1) △H1=akJmol-1，②H2(g)+O2(g) = H2O(1) △H2=bkJmol-1，③H2O(g) = H2O(l) △H3=ckJmol-1，根據蓋斯定律，由②×3-①-③可得 CO2(g)+3H2(g)CH3OH(g)+H2O(g) ，則△H=(bkJmol-1)×3-(akJmol-1)-(ckJmol-1)=(3b-a-c)kJmol-1；

(2)隨著溫度升高，氫氣的物質的量逐漸增多，因氫氣為反應物，則另一條逐漸增多的曲線為CO2，由計量數關系可知b為水，c為C2H4的變化曲線；

(3)①由圖2可知 反應B正反應是吸熱反應，溫度升高平衡正向移動，CO產率升高；

② 由圖2可知獲取CH3OH產率最高對應的溫度是250℃，則選擇最適宜的溫度是250℃；A．使用催化劑，平衡不移動，不能提高轉化率，故A錯誤；B．增大體系壓強，平衡正向移動，可增大轉化率，故B正確；C．增大 CO2和H2的初始投料比，可增大氫氣的轉化率，二氧化碳的轉化率減小，故C錯誤；D．投料比不變，增加反應物的濃度，衡正向移動，可增大轉化率，故D正確；故答案為BD；

(4)二氧化碳直接轉化為乙醇，是還原過程，發生在電解池的正極，其電極反應式為 2CO2+12H++12e-=C2H5OH+3H2O；

(5)反應2Fe3O46FeO+O2↑中O元素化合價由-2價升高到0價，由方程式可知，2molFe3O4參加反應，生成1mol氧氣，轉移4mol電子，則每分解lmolFe3O4轉移電子的物質的量為2mol；由示意圖可知，重整系統中CO2和FeO反應生成Fe3O4和C，反應的方程式為6FeO+CO22Fe3O4+C。